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強(qiáng)度突破900兆帕！這項(xiàng)新的鋁合金研究成果為“以鋁代鋼”開辟廣闊空間

近日，美國普渡大學(xué)材料工程師團(tuán)隊(duì)近期開發(fā)出一種創(chuàng)新工藝，成功制造出適合增材制造（3D打印）的超高強(qiáng)度鋁合金。該工藝?yán)眉{米級、層狀的可變形金屬間化合物，將鈷、鐵、鎳和鈦等過渡金屬引入鋁中，從而開發(fā)出一種兼具高強(qiáng)度和良好塑性變形能力的新型鋁合金。

輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，但大多數(shù)市售的高強(qiáng)度鋁合金由于易受熱裂影響，不適合用于增材制造。傳統(tǒng)上，通過引入粒子來阻礙位錯(cuò)運(yùn)動，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，但這些方法所能達(dá)到的最高強(qiáng)度僅在300至500兆帕之間，遠(yuǎn)低于鋼的600至1 000兆帕。此外，在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度與良好塑性變形能力方面，傳統(tǒng)鋁合金的成功有限。

研究人員通過將鈷、鐵、鎳和鈦等過渡金屬形成納米級金屬間化合物薄片，并聚集成細(xì)小的玫瑰花結(jié)，大大抑制了金屬間化合物的脆性。此外，異質(zhì)微結(jié)構(gòu)包含堅(jiān)硬的納米級金屬間化合物和粗晶粒鋁基體，這會產(chǎn)生顯著的背應(yīng)力，從而提高金屬材料的加工硬化能力。使用激光進(jìn)行增材制造可以實(shí)現(xiàn)快速熔化和淬火，從而引入納米級金屬間化合物及其納米層。研究團(tuán)隊(duì)對所開發(fā)的鋁合金進(jìn)行了多項(xiàng)測試，包括宏觀壓縮試驗(yàn)、微柱壓縮試驗(yàn)和后變形分析。測試結(jié)果顯示，該鋁合金在宏觀測試中表現(xiàn)出顯著的塑性變形能力和高強(qiáng)度，強(qiáng)度超過900兆帕。

普渡大學(xué)團(tuán)隊(duì)的這一創(chuàng)新工藝，成功地將多種過渡金屬引入鋁合金，顯著提高了材料的強(qiáng)度和塑性變形能力。這一突破將為各個(gè)行業(yè)應(yīng)用高強(qiáng)度鋁合金開辟了廣闊的前景，尤其是在從航空航天到汽車制造等行業(yè)都將有實(shí)際應(yīng)用。

摘自《鋁精深加工》微信公眾號

體積更小能量更足均質(zhì)化正極材料讓鋰電池化身“勁量小子”

8月2日獲悉，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員崔光磊團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種均質(zhì)化正極材料——鋰鈦鍺磷硫硒。這種全新的電極材料兼具電導(dǎo)率高、放電比容量高、使用壽命長等優(yōu)勢，可顯著提升電池性能，為新能源汽車、儲能電網(wǎng)、深海、深空等裝備提供安全、耐久、可靠的動力源。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·能源》。

崔光磊介紹，新材料的離子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率比傳統(tǒng)電池材料（層狀氧化物正極材料）高出1 000倍以上。這意味著即便不依賴導(dǎo)電助劑，電池正極也能順暢地完成充放電過程。該材料的放電比容量達(dá)到每克250毫安時(shí)，超過了目前使用的高鎳正極材料。在相同的重量或體積下，使用新材料的電池相較于傳統(tǒng)電池能夠存儲更多的電能，在單次充電的情況下可持續(xù)運(yùn)行更長時(shí)間。并且，使用這種材料后可使電池體積顯著減小，有助于設(shè)計(jì)更緊湊的致密儲能設(shè)備。

值得一提的是，在充放電過程中，新材料的體積變化僅為1.2%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)正極材料。較小的體積變化有助于維持電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而延長電池使用壽命。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，使用這種新材料的全固態(tài)鋰電池，能量密度達(dá)到每千克390瓦時(shí)，是目前市場上最先進(jìn)鋰離子電池的1.3倍。

“使用該材料的全固態(tài)鋰電池可以實(shí)現(xiàn)大于10 000圈的超長循環(huán)，電池在經(jīng)過5 000次充放電循環(huán)后，仍可保持80%的初始容量，使用壽命更長，能夠提供更充足的電量。”崔光磊說，新材料對開發(fā)高能量密度、長使用壽命的儲能設(shè)備具有重要意義，為全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

摘自《科學(xué)日報(bào)》